JP2004028635A

JP2004028635A - 歩幅測定装置及び歩幅測定方法

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Publication number: JP2004028635A
Application number: JP2002181826A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Murakoshi; 村越　崇宏; Takehiro Kurono; 黒野　剛弘
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP4102119B2

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら歩幅を高精度に測定することのできる歩幅測定装置及び歩幅測定方法を提供する。
【解決手段】歩幅測定装置１０においては、歩幅用ビデオカメラ１６が、トレッドミル１００の走行面１０２上を走行する被験者Ｓの足Ｆを含む画像を撮影し、コンピュータ１８が、撮影された画像に基づいて、走行面１０２上に順次着地したｎ−１歩目及びｎ歩目についての各フィールドにおける前足の着地位置を取得し、ｎ−１歩目の各フィールドにおける前足の着地位置の時間変化に基づいて、ｎ歩目の前足の着地位置に対する後足の着地位置を算出し、ｎ歩目の前足の着地位置と後足の着地位置との相対距離を歩幅として算出する。したがって、トレッドミル１００のベルト１１０の駆動速度の測定や走行面１０２上への足Ｆの着地を検知するためのセンサ等を用いずに、簡易な構成によって歩幅を高精度に測定することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレッドミル等の走行面上を歩行又は走行する被験者の歩幅を測定する歩幅測定装置及び歩幅測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、スポーツクラブ等において、適切な速度で駆動されるベルトの走行面上を被験者が走行（以下、単に「走行」という場合は歩行を含む）してトレーニング等を行うための、いわゆるトレッドミルが普及している。そして、このトレッドミルの走行面上を走行する被験者の歩幅は、被験者の走行姿勢等を評価する指標として重要視されている。このような被験者の歩幅を測定する装置としては、例えば、実公平７−４５２３９号公報に記載のものが知られている。この公報に記載の装置は、ベルトの駆動速度と足が走行面上に着地する時間間隔との関係から歩幅を取得するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の装置にあっては、ベルトの駆動速度の測定や走行面上への足の着地を検知するためのセンサ等をトレッドミルに設ける必要があるため、構成が複雑化し高コストとなる。また、ベルトの駆動速度と着地の時間間隔とに基づいて歩幅を算出することになるため、測定される歩幅の精度が低下するおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でありながら歩幅を高精度に測定することのできる歩幅測定装置及び歩幅測定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る歩幅測定装置は、所定の速度で駆動されるベルトの走行面上を走行又は歩行する被験者の歩幅を測定する歩幅測定装置であって、被験者の足を含む画像を撮影する撮影手段と、走行面上に着地した一方の足の位置を画像に基づいて取得し、一方の足に続いて走行面上に着地した他方の足の位置を画像に基づいて取得し、一方の足の位置の時間変化に基づいて他方の足の位置に対する一方の足の位置を算出し、他方の足の位置と算出した一方の足の位置との相対距離を歩幅として算出する歩幅算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る歩幅測定装置によれば、被験者の足を含む画像を撮影し、この画像に基づいて走行面上に順次着地した一方の足の位置と他方の足の位置とを取得し、一方の足の位置の時間変化に基づいて他方の足の位置に対する一方の足の位置を算出することによって、他方の足の位置と算出した一方の足の位置との相対距離を歩幅として算出することができる。したがって、ベルトの駆動速度の測定や走行面上への足の着地を検知するためのセンサ等を用いずに、簡易な構成によって歩幅を高精度に測定することが可能になる。
【０００７】
本発明に係る歩幅測定装置において、歩幅算出手段は、画像に基づいて被験者の足の所定部の位置を取得し、所定部の位置の時間変化に基づいて被験者の足が走行面上に着地しているか否かを判断することが好ましい。被験者の足が走行面上に着地している間は、例えば、被験者の足の所定部である爪先の位置については、走行面に対して直角な方向における変位が極めて少ない。したがって、走行面上への足の着地を検知するためのセンサ等を用いなくても、足の所定部の位置の時間変化に基づいて走行面上への足の着地を検知することができる。
【０００８】
また、本発明に係る歩幅測定装置は、走行面に対して所定の角度で設けられ走行面の傾きの変化に追従する位置較正マークを備え、歩幅算出手段は、位置較正マークに基づいて画像における座標を実空間における座標に座標変換することが好ましい。被験者の走行その他の理由によって走行面が上下動したり傾いたりした場合にも、走行面に対する位置較正マークの設置角度は一定に維持される。したがって、位置較正マークに基づいて画像における座標を実空間における座標に座標変換すれば、高精度な座標変換が可能になる。
【０００９】
更に、本発明に係る歩幅測定装置は、被験者の走行姿勢又は歩行姿勢を被験者の正面又は側面の少なくとも一方向から撮影する姿勢撮影手段を備えることが好ましい。これにより、歩幅と同時に被験者の歩行姿勢又は走行姿勢を確認・評価することができ、歩行姿勢又は走行姿勢の改造等を効率良く行うことが可能になる。
【００１０】
ところで、上記目的を達成するために、本発明は歩幅測定方法にも係り、所定の速度で駆動されるベルトの走行面上を走行又は歩行する被験者の歩幅を測定する歩幅測定方法であって、被験者の足を含む画像を撮影する撮影工程と、走行面上に着地した一方の足の位置を画像に基づいて取得し、一方の足に続いて走行面上に着地した他方の足の位置を画像に基づいて取得し、一方の足の位置の時間変化に基づいて他方の足の位置に対する一方の足の位置を算出し、他方の足の位置と算出した一方の足の位置との相対距離を歩幅として算出する歩幅算出工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
なお、歩幅算出工程においては、画像に基づいて被験者の足の所定部の位置を取得し、所定部の位置の時間変化に基づいて被験者の足が走行面上に着地しているか否かを判断することが好ましい。
【００１２】
また、歩幅算出工程においては、走行面に対して所定の角度で設けられ走行面の傾きの変化に追従する位置較正マークに基づいて、画像における座標を実空間における座標に座標変換することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る歩幅測定装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
歩幅測定装置１０の構成ついて説明する。図１に示すように、歩幅測定装置１０は、トレッドミル１００の走行面１０２上を走行する被験者Ｓの歩幅を測定する装置であって、位置較正マーク１２，１４、歩幅用ビデオカメラ（撮影手段）１６、コンピュータ（歩幅算出手段）１８及び表示部２０を備えて構成されている。なお、トレッドミル１００は、箱状のカバー１０４を有しており、このカバー１０４の上面には、矩形状の開口部が設けられている。カバー１０４内には、一対のローラ１０６，１０８が平行に配置され、このローラ１０６，１０８には、無端ベルトであるベルト１１０が掛け渡されている。ベルト１１０の上面は、カバー１０４の開口部から外部に臨んで走行面１０２を形成している。ローラ１０６は、駆動装置（図示しない）により回転駆動され、これにより、ベルト１１０は、所定の速度で矢印Ａ方向に駆動される。
【００１５】
位置較正マーク１２，１４は、トレッドミル１００のカバー１０４の上面に設けられている。位置較正マーク１２は、走行面１０２の手前側のカバー１０４上面に設けられ、矢印Ａ方向に沿って所定の距離をとって設置された位置較正マーク１２ａと位置較正マーク１２ｂとにより構成されている。また、位置較正マーク１４は、走行面１０２の奥側のカバー１０４上面に設けられ、矢印Ａ方向に沿って所定の距離をとって設置された位置較正マーク１４ａと位置較正マーク１４ｂとにより構成されている。
【００１６】
歩幅用ビデオカメラ１６は、その撮影方向が矢印Ａ方向と直角になるようにトレッドミル１００の手前側に設置され、画像の水平方向が位置較正マーク１２，１４と平行になるように調整される。これは、撮影された画像に基づくコンピュータ１８の演算処理を容易にするためである。そして、歩幅用ビデオカメラ１６は、図２に示すように、トレッドミル１００の走行面１０２上を走行する被験者Ｓの足Ｆ、及び位置較正マーク１２，１４を含む画像を撮影する。なお、歩幅用ビデオカメラ１６の撮影方向が矢印Ａ方向に対して直角以外の所定の角度で設置された場合は、当該所定の角度に基づいて座標変換処理を行えばよい。
【００１７】
コンピュータ１８は、歩幅用ビデオカメラ１６により撮影された画像をフィールド単位で演算処理し（毎秒６０コマ）、被験者Ｓの歩幅を算出する。表示部２０は、ＬＣＤやＣＲＴ等の表示装置を備えて構成され、コンピュータ１８による演算処理結果等を表示する。
【００１８】
上述のコンピュータ１８の構成について説明する。図３に示すように、コンピュータ１８は、前足検出部２２、前足位置算出部２４、着地判定部２６、後足位置算出部２８、歩幅算出部３０、各種データ算出部３２、個人データ格納部３４及びデータ比較部３６を備えて構成されている。
【００１９】
前足検出部２２は、歩幅用ビデオカメラ１６により撮影された画像に基づいて、左右交互に前方に振り出される被験者Ｓの足Ｆのうち前側に位置する足（以下「前足」という）の爪先Ｔｆの座標を検出する（図２参照）。この爪先Ｔｆの座標は、画像における座標（以下「画像座標」という）としてフィールド毎に検出される。ここで、前足検出部２２による爪先Ｔｆの画像座標の検出処理について、図４のフローチャートに従って具体的に説明する。
【００２０】
まず、ｍ番目のフィールド（以下「ｍフィールド」という）における画像を取得し、図２に示すように、当該画像から前足検出領域Ｄ１を抽出する（Ｓ４０２）。この前足検出領域Ｄ１は、トレッドミル１００のベルト１１０上において前足の爪先Ｔｆが存在すると想定される領域である。Ｓ４０２に続いて、図５（ａ）に示すように、前足検出領域Ｄ１における所定の画素列を被験者Ｓの前側から水平方向にスキャンし、ベルト１１０と異なる輝度値を有する画素（すなわち、足Ｆの像に相当する画素）を探索する（Ｓ４０４）。
【００２１】
そして、ベルト１１０と異なる輝度値を有する画素が有ったか否かを判断し（Ｓ４０６）、無かった場合は、Ｓ４０４に戻り他の画素列についてＳ４０６までの処理を同様に行う。なお、Ｓ４０４においては、図５（ａ）に示すように、最初に前足検出領域Ｄ１における中心の画素列をスキャンし、続いて、図５（ｂ）に示すように、上下の領域における中心の画素列を順次スキャンしていくというようにすると、ベルト１１０と異なる輝度値を有する画素を効率良く見つけ出すことができる。
【００２２】
一方、Ｓ４０６の判断の結果、ベルト１１０と異なる輝度値を有する画素が有った場合は、図５（ｃ）に示すように、更に上下の画素列をスキャンすることにより、足Ｆの像において前方に凸となっている前側のエッジＥ１を取得する（Ｓ４０８）。そして、前側のエッジＥ１において最も前方に位置する点の画像座標を、ｍフィールドにおける前足の爪先Ｔｆの画像座標として検出する（Ｓ４１０）。
【００２３】
なお、前足検出部２２による爪先Ｔｆの画像座標の検出処理は、上述のものに限らない。例えば、前足検出領域Ｄ１内においてベルト１１０と異なる輝度値を有する画素を水平方向に画素積算し、そのプロファイルに基づいて爪先Ｔｆが存在する画素列を推定する。そして、推定した画素列においてベルト１１０と異なる輝度値を有する画素のうち最も前方に位置する画素を検出することによって、前足の爪先Ｔｆの画像座標を検出してもよい。
【００２４】
前足位置算出部２４は、位置較正マーク１２，１４に基づいて、前足検出部２２により検出された爪先Ｔｆの画像座標を実空間における座標（以下「実空間座標」という）に座標変換し、前足の爪先Ｔｆの実空間における位置（以下「実空間位置」という）を算出する。ここで、前足位置算出部２４による爪先Ｔｆの実空間位置の算出処理について具体的に説明する。なお、図６においては、位置較正マーク１２ａの位置を原点として位置較正マーク１２ａ及び１２ｂ上にＸ軸を設定し、その直角方向にＹ軸を設定した。
【００２５】
まず、図６に示すように、爪先Ｔｆから走行面１０２上に垂線を下ろした際の走行面１０２との交点に相当する点Ｐ１の画像座標を取得する。それには、点Ｐ１のＹ座標を取得すればよい（点Ｐ１のＸ座標は、爪先ＴｆのＸ座標に等しい）。そこで、図７に示すように、爪先Ｔｆを基準として抽出された足底検出領域Ｄ２（足底が存在すると想定される領域であり、ここでは、爪先Ｔｆを一頂点とする長方形領域）において、Ｙ軸方向に画素列を順次スキャンして足底のエッジＥ２を取得し、このエッジＥ２の最頻値を点Ｐ１のＹ座標として取得する。
【００２６】
なお、点Ｐ１のＹ座標は足底のＹ座標となるため、足Ｆが走行面１０２上に着地していない場合は、点Ｐ１のＹ座標の精度が低下することになる。しかし、歩幅の算出においては、着地判定部２６により着地判定が行われ、着地している場合のデータのみが用いられることになるため、着地していない場合の精度の低いデータを無視することができる。
【００２７】
点Ｐ１の画像座標を取得した後、図６に示すように、位置較正マーク１２ａ及び１４ａ上を通る直線と位置較正マーク１２ｂ及び１４ｂ上を通る直線との交点である点Ｐｃの画像座標を算出し、この点Ｐｃ及び点Ｐ１を通る直線とＸ軸との交点である点Ｐ２の画像座標を算出する。そして、位置較正マーク１２ａから位置較正マーク１２ｂまでの実空間における距離と画像における距離との比に基づいて、点Ｐ２のＸ座標を画像座標から実空間座標に座標変換し、前足の爪先Ｔｆの実空間位置を算出する。すなわち、前足の爪先Ｔｆの実空間位置は、図２の矢印Ａ方向に沿っての位置較正マーク１２ａから前足の爪先Ｔｆまでの距離となる。
【００２８】
そして、前足位置算出部２４は、前足の爪先Ｔｆの実空間位置をフィールド毎に算出し、新たに算出を行ったフィールドから過去４秒間分のフィールドについて爪先Ｔｆの実空間位置を記憶する。これは、ｎ歩目の歩幅を算出する際に、一歩前、すなわちｎ−１歩目の爪先Ｔｆの実空間位置を用いるからであり、ストライド時間（一歩に要する時間）として長めの２秒を想定し、その倍の過去４秒間分のフィールドについて爪先Ｔｆの実空間位置を記憶するものである。
【００２９】
このように、前足位置算出部２４による爪先Ｔｆの実空間位置の算出処理は、位置較正マーク１２，１４を基準として設定された画像座標系に基づいて行われる。そして、位置較正マーク１２，１４は、トレッドミル１００の走行面１０２に対して平行に設けられ、且つ走行面１０２の傾きの変化に追従するため、図８に示すように、走行面１０２の傾きを変更可能なトレッドミル１００において走行面１０２の傾きを変えた場合や、被験者Ｓの走行による振動によって走行面１０２が上下動した場合にも、位置較正マーク１２，１４は走行面１０２に対して平行に維持される。したがって、位置較正マーク１２，１４に基づいて爪先Ｔｆの画像座標を実空間座標に座標変換すれば、高精度な座標変換が可能になる。
【００３０】
なお、トレッドミル１００の近くに歩幅用ビデオカメラ１６を設置しなければならない場合に、通常のレンズでは撮影範囲が不十分になるおそれがある。そのような場合は、広角のレンズを用いて十分な撮影範囲を確保し、取得した爪先Ｔｆの画像座標に対して歪曲収差の補正を行い、その後、実空間座標への座標変換を行えばよい。
【００３１】
着地判定部２６は、被験者Ｓの前足が走行面１０２上に着地しているか否かをフィールド毎に判定する。例えば、ｍフィールドについて着地判定を行う場合は、ｍフィールドにおいて取得した爪先Ｔｆの画像座標と、ｍ−１フィールド及びｍ−２フィールドにおいてそれぞれ取得した爪先Ｔｆの画像座標とを比較する。そして、爪先ＴｆのＸ座標が単調増加し、且つ爪先ＴｆのＹ座標が一定である場合に、ｍフィールドにおける被験者Ｓの前足は走行面１０２上に着地していると判定する。この着地判定部２６により着地判定されたｍフィールドにおける爪先Ｔｆの実空間位置をｍフィールドにおける前足の着地位置とする。
【００３２】
このように、走行面１０２上への足の着地を検知するためのセンサ等を用いなくても、爪先Ｔｆの画像座標の時間変化に基づいて、被験者Ｓの前足の走行面１０２上への着地を検知することができる。なお、爪先ＴｆのＸ座標が単調増加するという条件のみに基づいて、被験者Ｓの前足が走行面１０２上に着地しているか否かを判定することも可能である。ただし、トレッドミル１００のベルト１１０の駆動速度が極端に遅い場合は、爪先ＴｆのＹ座標が一定であるという条件を加えて判定することが望ましい。
【００３３】
後足位置算出部２８は、ｎ−１歩目についての各フィールドにおける前足の着地位置の時間変化に基づいて、ｎ歩目の前足の着地位置に対する後側に位置する足（以下「後足」という）の着地位置を算出する。このｎ歩目の後足はｎ−１歩目の前足であり、ｎ歩目の後足の着地位置は、ｎ歩目の前足が着地しているときに後足が実際に着地しているか否かとは無関係である。図９に、爪先Ｔｆの実空間位置の時間変化グラフを示す。ここでは、トレッドミル１００のベルト１１０の駆動速度が一定であることから、ｎ−１歩目の前足の着地位置の時間変化Ｒを最小誤差２乗法で直線近似することによって、ｎ歩目の前足が走行面１０２に着地した時点における後足の着地位置Ｌｂを算出する。そして、ｎ歩目が着地した時点における測定開始からの経過時間、前足の着地位置Ｌｆ及び後足の着地位置Ｌｂを記憶する。
【００３４】
歩幅算出部３０は、後足位置算出部２８により記憶されたｎ歩目が着地した時点における前足の着地位置Ｌｆと後足の着地位置Ｌｂとの差をとることによって、ｎ歩目の歩幅を算出する。そして、ｎ歩目が着地した時点における経過時間及びｎ歩目の歩幅を示すデータを被験者Ｓに対応付けて個人データ格納部３４に記憶すると共に、必要に応じて表示部２０に表示させる。
【００３５】
各種データ算出部３２は、ｎ歩目が着地した時点における経過時間とｎ−１歩目が着地した時点における経過時間との差をとることによってｎ歩目のストライド時間を算出したり、単位時間をストライド時間で割ることによって単位時間当たりのピッチ数を算出したりする。そして、算出した各種データを被験者Ｓに対応付けて個人データ格納部３４に記憶すると共に、必要に応じて表示部２０に表示させる。
【００３６】
個人データ格納部３７は、歩幅算出部３０や各種データ算出部３２により算出された各種データを個人毎に記憶・保存する。また、データ比較部３６は、被験者Ｓ自身の過去のデータ、他人のデータ又は標準データ等を個人データ格納部３７から読み出し、現在測定を行っている被験者Ｓのデータと比較してその比較結果を表示部２０に表示させる。
【００３７】
次に、歩幅測定装置１０の処理手順について、図１０のフローチャートに従って説明する。
【００３８】
歩幅用ビデオカメラ１６が、トレッドミル１００の走行面１０２上を走行する被験者Ｓの足Ｆ及び位置較正マーク１２，１４を含む画像の撮影を開始すると、コンピュータ１８が、撮影された画像をフィールド単位で取得する（Ｓ１００２）。そして、コンピュータ１８においては、取得した画像、例えばｍフィールドにおける画像に基づいて、前足検出部２２が、被験者Ｓの前足の爪先Ｔｆの画像座標を検出する（Ｓ１００４）。続いて、前足位置算出部２４が、位置較正マーク１２，１４に基づいて、前足検出部２２により検出された爪先Ｔｆの画像座標を実空間座標に座標変換し、爪先Ｔｆの実空間位置を算出する（Ｓ１００６）。
【００３９】
そして、着地判定部２６が、ｍフィールドにおける被験者Ｓの前足が走行面１０２上に着地しているか否かを判定し（Ｓ１００８）、着地していると判定した場合は、着地していると確定した後（Ｓ１００９）、Ｓ１００２に戻りｍ＋１フィールドについてＳ１００８までの処理を同様に行う。一方、Ｓ１００８の判定において、着地していないと判定した場合は、前回、すなわちｍ−１フィールドにおいて被験者Ｓの前足が走行面１０２上に着地していたか否かを判定する（Ｓ１０１０）。その結果、着地していなかった場合は、Ｓ１００２に戻りｍ＋１フィールドについてＳ１０１０までの処理を同様に行う。
【００４０】
このＳ１０１０の判定において着地していたと判定されるまでは、Ｓ１００２〜Ｓ１０１０までの処理をフィールド毎に繰り返し、これにより、ｎ−１歩目及びｎ歩目についての各フィールドにおける前足の着地位置が取得される。そして、後足位置算出部２８が、ｎ−１歩目についての各フィールドにおける前足の着地位置の時間変化に基づいて、ｎ歩目の前足が走行面１０２上に着地した時点における後足の着地位置を算出する（Ｓ１０１２）。続いて、歩幅算出部３０が、後足位置算出部２８により算出されたｎ歩目が着地した時点における前足の着地位置と後足の着地位置との差をとることによって、ｎ歩目の歩幅を算出する（Ｓ１０１４）。更に、各種データ算出部３２が、ｎ歩目が着地した時点における経過時間とｎ−１歩目が着地した時点における経過時間との差をとることによってｎ歩目のストライド時間を算出したり、単位時間をストライド時間で割ることによって単位時間当たりのピッチ数を算出したりする（Ｓ１０１６）。
【００４１】
そして、表示部２０が、歩幅算出部３０や各種データ算出部３２により算出された各種データをディスプレイ上に表示する（Ｓ１０１８）。図１１に、表示部２０によるディスプレイ上の表示例を示す。この表示例は、トレッドミル１００のベルト１１０の駆動速度を時速４ｋｍから時速１７ｋｍまで徐々に加速し、その後再び時速４ｋｍまで徐々に減速した際のデータである。上のグラフは、横軸に歩幅、縦軸にストライド時間を設定したものであり、駆動速度が遅いときはグラフの左上の領域にデータがプロットされ、加速するに従ってグラフの右下の領域にプロットが移動する様子が表されている。また、下のグラフは、各歩数における歩幅を示している。なお、ディスプレイ右上の各数値は、上のグラフの所定のプロットにおける各種データを示している。上下のグラフに基づいて、被験者Ｓの歩幅やストライド時間がベルト１１０の駆動速度に応じてどのように変化するのかを正確に把握することができる。
【００４２】
以上説明したように、歩幅測定装置１０によれば、被験者Ｓの足Ｆを含む画像を撮影し、この画像に基づいて、トレッドミル１００の走行面１０２上に順次着地したｎ−１歩目及びｎ歩目についての各フィールドにおける前足の着地位置を取得し、ｎ−１歩目についての各フィールドにおける前足の着地位置の時間変化に基づいて、ｎ歩目の前足の着地位置に対する後足の着地位置を算出することによって、ｎ歩目の前足の着地位置と後足の着地位置との相対距離を歩幅として算出することができる。したがって、トレッドミル１００のベルト１１０の駆動速度の測定や走行面１０２上への足Ｆの着地を検知するためのセンサ等を用いずに、簡易な構成によって歩幅を高精度に測定することができる。
【００４３】
また、歩幅測定装置１０によれば、被験者Ｓの歩幅、ストライド時間、ピッチ数及び走行速度等を歩数毎に算出することができるため、被験者Ｓのバランス変動やペース配分の変動等を把握し、被験者Ｓの競技力向上等に役立てることが可能になる。しかも、被験者Ｓ自身の過去のデータ、他人のデータ又は標準データ等と現在測定を行っている被験者Ｓのデータとを比較してその比較結果を表示部２０のディスプレイ上に表示させることができるため、被験者Ｓが比較結果を確認しながらトレーニングを行い、その場で自己の歩幅等を修正することが可能になる。なお、トレーニング中の被験者Ｓに対しては、ピッチ数等の比較データを音や光等によって知らせてもよい。
【００４４】
更に、被験者Ｓに装着したマークを検知するセンサをトレッドミル１００に設け、被験者Ｓの走行に伴う上下動をリアルタイム計測すれば、この時間波形に基づいて、被験者Ｓの足Ｆが走行面１０２に着地した時間及び走行面１０２から離れた時間を推定することができ、これにより、ストライド時間、滞空時間及び着地時間等を算出することも可能である。
【００４５】
なお、図１に示すように、姿勢用ビデオカメラ（姿勢撮影手段）３８を設置し、被験者Ｓの走行姿勢を正面、側面又は背面等から撮影し、撮影した画像を表示部２０のディスプレイに同時に表示してもよい。これにより、歩幅と同時に被験者の歩行姿勢を確認・評価することができ、歩行姿勢の改造等を効率良く行うことが可能になる。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態において、前足位置算出部２４による爪先Ｔｆの実空間位置の算出処理は、位置較正マーク１２，１４を基準として設定された画像座標系に基づいて行われた。しかし、位置較正マーク１２，１４を用いなくても、歩幅用ビデオカメラ１６による撮影距離や撮影倍率等の条件を予め記憶しておけば、爪先Ｔｆの画像座標から爪先Ｔｆの実空間位置を算出することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る歩幅測定装置は、所定の速度で駆動されるベルトの走行面上を走行又は歩行する被験者の歩幅を測定する歩幅測定装置であって、被験者の足を含む画像を撮影する撮影手段と、走行面上に着地した一方の足の位置を画像に基づいて取得し、一方の足に続いて走行面上に着地した他方の足の位置を画像に基づいて取得し、一方の足の位置の時間変化に基づいて他方の足の位置に対する一方の足の位置を算出し、他方の足の位置と算出した一方の足の位置との相対距離を歩幅として算出する歩幅算出手段とを備えることによって、簡易な構成でありながら歩幅を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歩幅測定装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す歩幅測定装置の歩幅用ビデオカメラにより撮影された画像を示す図である。
【図３】図１に示す歩幅測定装置のコンピュータの機能的構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す歩幅測定装置の前足検出部による爪先の画像座標の検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】図１に示す歩幅測定装置の前足検出部による爪先の画像座標の検出処理を説明するための図であり、（ａ）は、前足検出領域において所定の画素列を水平方向にスキャンする場合を示す概念図、（ｂ）は、前足検出領域において（ａ）に続き他の画素列を水平方向にスキャンする場合を示す概念図、（ｃ）は、足の像において前方に凸となっている前側のエッジを取得する場合を示す概念図である。
【図６】図１に示す歩幅測定装置の前足位置算出部による爪先の実空間位置の算出処理を説明するための図である。
【図７】図１に示す歩幅測定装置の前足位置算出部による足底のエッジの取得処理を説明するための図である。
【図８】図１に示す歩幅測定装置の前足位置算出部による位置較正マークに基づく画像座標系の設定処理を説明するための図である。
【図９】図１に示す歩幅測定装置の後足位置算出部による後足の着地位置の算出処理を説明するための図である。
【図１０】図１に示す歩幅測定装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１に示す歩幅測定装置の表示部によるディスプレイ上の表示例を示す図である。
【符号の説明】
１０…歩幅測定装置、１２，１２ａ，１２ｂ，１４，１４ａ，１４ｂ…位置較正マーク、１６…歩幅用ビデオカメラ（撮影手段）、１８…コンピュータ（歩幅算出手段）、２０…表示部、２２…前足検出部、２４…前足位置算出部、２６…着地判定部、２８…後足位置算出部、３０…歩幅算出部、３８…姿勢用ビデオカメラ（姿勢撮影手段）、Ｓ…被験者、Ｆ…足、Ｔｆ…前足の爪先、Ｌｆ…前足の着地位置、Ｌｂ…後足の着地位置。

Claims

所定の速度で駆動されるベルトの走行面上を走行又は歩行する被験者の歩幅を測定する歩幅測定装置であって、
前記被験者の足を含む画像を撮影する撮影手段と、
前記走行面上に着地した一方の足の位置を前記画像に基づいて取得し、前記一方の足に続いて前記走行面上に着地した他方の足の位置を前記画像に基づいて取得し、前記一方の足の位置の時間変化に基づいて前記他方の足の位置に対する前記一方の足の位置を算出し、前記他方の足の位置と算出した前記一方の足の位置との相対距離を歩幅として算出する歩幅算出手段とを備えることを特徴とする歩幅測定装置。
前記歩幅算出手段は、前記画像に基づいて前記被験者の足の所定部の位置を取得し、前記所定部の位置の時間変化に基づいて前記被験者の足が前記走行面上に着地しているか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の歩幅測定装置。
前記走行面に対して所定の角度で設けられ前記走行面の傾きの変化に追従する位置較正マークを備え、
前記歩幅算出手段は、前記位置較正マークに基づいて前記画像における座標を実空間における座標に座標変換することを特徴とする請求項１又は２に記載の歩幅測定装置。
前記被験者の走行姿勢又は歩行姿勢を前記被験者の正面又は側面の少なくとも一方向から撮影する姿勢撮影手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩幅測定装置。
所定の速度で駆動されるベルトの走行面上を走行又は歩行する被験者の歩幅を測定する歩幅測定方法であって、
前記被験者の足を含む画像を撮影する撮影工程と、
前記走行面上に着地した一方の足の位置を前記画像に基づいて取得し、前記一方の足に続いて前記走行面上に着地した他方の足の位置を前記画像に基づいて取得し、前記一方の足の位置の時間変化に基づいて前記他方の足の位置に対する前記一方の足の位置を算出し、前記他方の足の位置と算出した前記一方の足の位置との相対距離を歩幅として算出する歩幅算出工程とを備えることを特徴とする歩幅測定方法。
前記歩幅算出工程においては、前記画像に基づいて前記被験者の足の所定部の位置を取得し、前記所定部の位置の時間変化に基づいて前記被験者の足が前記走行面上に着地しているか否かを判断することを特徴とする請求項５に記載の歩幅測定方法。
前記歩幅算出工程においては、前記走行面に対して所定の角度で設けられ前記走行面の傾きの変化に追従する位置較正マークに基づいて、前記画像における座標を実空間における座標に座標変換することを特徴とする請求項５又は６に記載の歩幅測定方法。